Получение композиционных материалов с использованием фотохромных и светоизлучающих соединений и применение многослойных структур на их основе в устройствах хранения и обработки информации
Скачать 0.85 Mb.
|
Основные результаты работы1. Разработаны технологии (комплект технологической документации (КТД) ФТЯИ.01201.00046): – получения прозрачных, оптически однородных суспензий с концентрацией БР до 15 мг/мл с размером частиц не более 8,70,5 нм; – получения оптически прозрачной БР-содержащей полимерной смеси, установлено, что значение рН в полимерной смеси не должно быть меньше 4,1; – изготовления оптически однородных БР-содержащих полимерных слоев с заданными геометрическими характеристиками (площадь до 3 см, толщина 6 14 мкм), оптической плотностью (0,8 1,3 на λ = 570 нм) и динамическими фотохромными свойствами, а также повышенными, за счет введения в них модифицирующих химических соединений, чувствительностью (1,52 раза) и стабильностью (810 раз). 2. Исследовано влияние параметров процесса получения (БР-содержащих полимерных пленок и пленок на основе гибридных наноструктур) на фазовый состав и строение фаз (белок и полимер). Установлено распределение между фазами БР-содержащих полимерных пленок примесей металлов (Cu, Ba и Pb), вводимых в процессе изготовления. Изучены электрические и оптические свойства (температурная зависимость электропроводности, показатель преломления и другие) БР-содержащих полимерных пленок, сформированных на подложках из различных материалов. Установлена зависимость между изменением строения и функциональными характеристиками пленок БР в процессе их эксплуатации. В результате проведенных исследований строения и свойств полученных БР-содержащих полимерных пленок установлено: – разработанная технология позволяет без разрушения белка БР встраивать минимальные белковые комплексы в полимерные среды, способные формировать оптически однородные пленки; – для полученных БР-содержащих полимерных пленок неоднородность толщины по поверхности подложки (50 нм на длине 10 мм) при толщине пленки более 5 мкм составляет 1%, отклонение от среднего значения по распределению концентрации БР не превышает 3%, объем; – зависимость пропускания БР-содержащих полимерных пленок от энергии оптического воздействия и времени, а также связанная с изменением пропускания величина контраста амплитудных характеристик светового фронта. Рабочая область значений плотности мощности лежит в пределах 1–100 мВт/см2 на λ = 630 нм и 0,25–30 мВт/см2 на λ = 530 нм. 3. Исследовано влияние параметров технологического процесса на изменение чувствительности и пропускания БР-содержащих полимерных пленок: – полное восстановление свойств БР происходит после воздействия температур 60 80оС, а необратимое уменьшение чувствительности начинается при температурах ≥90оС; – предельно допустимая экспозиция УФ-излучения, вызывающая уменьшение чувствительности на ≈20%, составляет 10 Дж/см2; – значение энергии активации Еа = 1,10,05 эВ процессов взаимодействия БР с излучением ( = 630 нм). При нормальных условиях ресурс БР-содержащих полимерных пленок составляет 104 час. 4. Разработаны математические модели фотоиндуцированного изменения физикохимических характеристик материалов на основе БР, хромонов и светоизлучающих соединений – продуктов фотоперегруппировки хромонов, в зависимости от параметров воздействующего светового потока; введены комплексные параметры, характеризующие чувствительность материалов и обеспечивающие выбор оптимальных композиционных составов; созданы экспериментальные методики и установки для макетирования и отработки конструктивно-технологических решений. 5. Разработаны технологии (патенты на изобретение №№ 2332697, 2332352, 2367512, 2364471) получения гибридных наноструктур и пленок с управляемыми спектральными характеристиками на основе использования БР, синтетических органических фотохромных (класс дигетарилэтенов) и светоизлучающих соединений (класса феналенонов), металлических (Au, Ag) и полупроводниковых (CdSe/ZnS) наночастиц, на основе механизмов специфического связывания и самоорганизации, обеспечиваемых подбором сшивающих молекул-спейсеров с различными линейными размерами и функциональными группами, а также фоточувствительных молекул-спейсеров класса дигетарилэтенов с фотоиндуцированным изменением взаимного положения функциональных групп. Экспериментально установлено: – взаимовлияние компонентов гибридной наноструктуры на их спектральные характеристики (положение максимумов и величину поглощения); – условия усиления или подавления люминесценции флуорофорных соединений, влияния на квантовый выход фотореакции и время жизни спектральных интермедиатов БР в зависимости от расстояния между функциональной молекулой и нанообъектом; – усиление действия модифицирующих добавок на функциональные молекулы, в составе гибридных наноструктур; – эффект обратимого фотоуправляемого изменения интенсивности люминесценции (на 10 75%) гибридных структур на основе наночастиц CdSe/ZnS, за счет фотоиндуцированного изменения взаимного положения функциональных групп молекул-спейсеров класса дигетарилэтенов. 6. Предложены и разработаны методы и базовые процессы для построения формальных нейронов и осуществления нейросетевых операций в БР-содержащих средах оптическими методами без промежуточных оптоэлектронных преобразований (патенты на изобретение и полезную модель №2165644 и №31023), а также предложены базовые процессы и конструктивно-технологические решения (патент на полезную модель №83626) по созданию многослойных структур для 3D оптических носителей информации, реализующих двухфотонные процессы записи данных и фотофлуоресцентное считывание, обеспечивающее обращение к любой произвольно заданной точке или области любого произвольно выбранного слоя регистрирующей среды и параллельный режим считывания. 7. Созданы технологии и изготовлены многослойные структуры: – для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий (до 11 слоев), совмещающие элементы интегральной оптики, светоотражающие, волноводные и БР-содержащие полимерные слои и обеспечивающая сохранение функциональных свойств БР (КТД ФТЯИ.01201.00051); – для 3D оптических носителей информации (до 15 слоев) совмещающие элементы интегральной оптики, волноводные полимерные слои и слои содержащие хромоны и флуоресцирующие продукты их фотоперегруппировки (КТД ФТЯИ.01201.00034 и ФТЯИ.01201.00007). 8. Сконструировано и изготовлено специальное технологическое оборудование для осаждения методами электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления пленок различных материалов на многофункциональные слоистые структуры, содержащие БР, без нарушения функциональных свойств БР. Впервые разработаны технологии и оборудование для получения многофункциональных слоистых структур, включающих ориентированные слои БР и проводящие полимерные материалы, методами электрофоретического осаждения и электрополимеризации в едином технологическом цикле. 9. Исследованы на специализированных установках: – многослойные структуры на основе БР для индикаторов солнечной освещенности (патент на изобретение №2316739) и определены их функциональные характеристики; получен размещенный на едином носителе набор многослойных структур обратимо изменяющих цветовые характеристики под воздействием светового потока, соответствующего солнечному по спектральному составу, со следующими значениями плотности мощности ≤25 Вт/м2, ≤50 Вт/м2, ≤100 Вт/м2, ≤150 Вт/м2 и ≤200 Вт/м2 (время срабатывания ≈30 с); – функциональные характеристики многослойных структур на основе БР для защиты ценных бумаг и товарных маркировок от подделки (патенты на изобретение №2323097 и №2329155). Время надежного приборного распознавания в зависимости от композиционного состава БР-содержащего слоя толщиной ≈3 мкм, площадью≈1 мм2, при расходе БР ≤5 мкг, лежит в диапазоне 1,0 0,01 с; – многослойные структуры на основе БР для нейросетевой обработки информации. Показано, что нейроподобные элементы в количестве 104–105 в 1 мм3 могут быть сформированы методами фотоиндуцированного изменения рельефа оптического поглощения/пропускания БР-содержащих слоев при темпе взаимодействия 107–108 связей в секунду; – функциональные характеристики многослойных структур для 3D оптических носителей информации с использованием хромонов и флуоресцирующих продуктов их фотоперегруппировки. В режиме двухфотонного поглощения выполнена селективная запись оптической информации в отдельные заданные слои многослойной структуры. Методом однофотонного возбуждения флуоресценции осуществлено параллельное считывание записанной информации путем ввода соответствующего излучения с помощью встроенных дифракционных решеток в отдельные заданные слои многослойной структуры. Экспериментально установлена возможность адресации в любую область произвольно выбранного функционального слоя путем изменения угла ввода (в диапазоне 23–53 с шагом 1) возбуждающего флуоресценцию излучения на основе использования встроенных непрерывных дифракционных решеток с различным периодом в диапазоне 0,4–0,65 мкм. Осуществлена оценка эксплуатационных характеристик многослойных структур для 3D оптической памяти, для чего установлено пороговое значение плотности мощности двухфотонной записи Р ≈3·108 Вт/см2 на длине волны λ = 68010 нм. Для изготовленных образцов определены размеры области параллельного считывания (S = 1,1 мм2) и объем параллельно считываемой информации (≈6·105 бит) при ограничении на вероятность ошибочного считывания бита информации Wer<10 4(без применения специальных алгоритмов коррекции ошибок). Технологии получения прозрачных, оптически однородных суспензий БР, оптически прозрачной БР-содержащей полимерной смеси, изготовления оптически однородных БР-содержащих полимерных слоев с заданными геометрическими характеристиками, оптической плотностью, динамическими фотохромными свойствами и высокой стабильностью, могут быть рекомендованы для использования на предприятиях, специализирующихся в области изготовления регистрирующих сред для систем обработки и отображения информации. Исследованные БР-содержащие полимерные пленки рекомендуются к применению в качестве голографических сред для регистрации и отображения информации, в частности, в динамической интерферометрии. Разработанные технологии получения гибридных наноструктур могут быть использованы при создании спектрально управляемых материалов для мультиспектральных систем видения и тепловидения, фильтрации изображений, устройств оптической памяти, покрытий типа «хамелеон» с регулируемыми в широком диапазоне характеристиками поглощения, рассеяния и излучения, обеспечивающие адаптацию оптических характеристик маскируемого объекта под окружающую среду и подстилающую поверхность в реальном масштабе времени. Многослойные структуры и технологии их получения с использованием хромонов и флуоресцирующих продуктов их фотоперегруппировки могут быть рекомендованы для 3D оптических носителей информации повышенной информационной емкости и параллельным считыванием данных. Результаты работы были использованы в разработках следующих организаций: Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, г.Москва; ОАО «Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума», г.Москва; ГУП Мос НПО «Радон», г.Москва; Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский физико-технический институт (технический университет)», г.Долгопрудный; Учреждение Российской академии наук Межведомственный центр аналитических исследований в области физики, химии и биологии при Президиуме РАН; ФГУП «ЦНИРТИ им. академика А.И.Берга», г.Москва; и внедрены ФГУП НИИ «Волга», г.Саратов; ОАО «ЦНИТИ «Техномаш», г.Москва; ООО «Протериус–Про» г.Чехов. Рекомендуется использовать разработанные многослойные структуры, включающие БР-содержащие полимерные слои, для создания устройств обработки информации на основе нейросетевых технологий, систем распознавания образов, интеллектуальных самообучающихся систем адаптивного управления автономными динамическими объектами, пространственных модуляторов света, голографических корреляторов, индикаторов освещенности, а также для защиты ценных бумаг и товарных маркировок от подделки. Разработанные многослойные структуры на основе БР и другие многослойные структуры, изготовленные по разработанной технологии, могут быть применены при создании устройств протезирования фрагментов нервных тканей, в том числе сетчатки глаза. Разработанные конструкторские решения, базовые процессы и методы получения обеспечивают технологическую и функциональную совместимость многослойных структур различного назначения в едином конструктиве. |
Похожие:
 | Региональный центр обработки информации (рцои) информирует вас о возможностях подготовки выпускников IX и XI (XII) классов образовательных... | | Федеральным законом от 27. 07. 2006 №149-фз «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» |
 | Характеристика существующей организации обработки информации аналогичных задач. 5 | | Техническая инвентаризация это система сбора, обработки, хранения и выдачи информации о наличии, составе, местоположении и техническом... |
| Электронное строение и свойства кислородсодержащих комплексных соединений и оксидных структур | | Приемка и учет экзаменационных материалов, не подлежащих автоматизированной обработке в рцои (ппои) 14 |
| Органы внутренних дел осуществляют контроль за соблюдением установленных правил приобретения, хранения и перевозки взрывчатых материалов,... | | Порядок, правила (способы) регистрации, обработки, хранения и архивирования документов системы ведения реестра владельцев именных... |
| Порядок представления, обращения, хранения и обработки информации ограниченного доступа, не содержащей сведений, составляющих государственную... | | Порядок представления, обращения, хранения и обработки информации ограниченного доступа, не содержащей сведений, составляющих государственную... |